Результат, полученный командой из Австралийского университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее, опубликован в международном журнале Nature Nanotechnology.Квантовый код, написанный в UNSW, построен на классе явлений, называемых квантовой запутанностью, которые позволяют возникать, казалось бы, противоречащие интуиции явления, такие как измерение одной частицы, мгновенно влияющей на другую, даже если они находятся на противоположных концах вселенной.
«Этот эффект известен тем, что ставит в тупик некоторых из самых глубоких мыслителей в этой области, в том числе Альберта Эйнштейна, который назвал его« жутким действием на расстоянии », — сказал профессор Андреа Морелло из Школы электротехники. Телекоммуникации в UNSW и руководитель программы в Центре квантовых вычислений Коммуникационные технологии, руководивший исследованием. «Эйнштейн скептически относился к запутанности, потому что она, кажется, противоречит принципам« локальности », что означает, что на объекты нельзя мгновенно влиять на расстоянии».
С тех пор физики изо всех сил пытались установить четкую границу между нашим повседневным миром, которым управляет классическая физика, и этой странностью квантового мира. В течение последних 50 лет лучшим указателем на эту границу была теорема под названием Неравенство Белла, которая гласит, что никакое локальное описание мира не может воспроизвести все предсказания квантовой механики.
Неравенство Белла требует очень строгого теста, чтобы проверить, действительно ли две частицы запутаны, известного как «тест Белла» в честь британского физика, который разработал теорему в 1964 году.«Ключевым аспектом теста Белла является то, что он крайне неумолим: любое несовершенство в протоколе подготовки, манипуляции и считывания приведет к тому, что частицы не пройдут тест», — сказал д-р Хуан Пабло Дехоллен, научный сотрудник UNSW, который вместе с доктором Стефани Симмонс была ведущим автором статьи о нанотехнологиях в природе.
«Тем не менее, нам удалось пройти тест, и мы сделали это с наивысшим« баллом », когда-либо зарегистрированным в эксперименте», — добавил он.В эксперименте UNSW участвуют две квантовые частицы — электрон и ядро одного атома фосфора, помещенные внутри кремниевого микрочипа.
Эти частицы буквально находятся друг над другом — электроны вращаются вокруг ядра. Таким образом, не возникает никаких осложнений из-за пугающих действий на расстоянии.Однако значение эксперимента UNSW состоит в том, что создание этих двухчастичных запутанных состояний равносильно написанию компьютерного кода, которого нет в обычных компьютерах.
Таким образом, он демонстрирует способность писать чисто квантовую версию компьютерного кода, используя два квантовых бита в кремниевом микрочипе — ключевую планку в поисках сверхмощных квантовых компьютеров будущего.«Прохождение теста Белла с таким высоким баллом является самым убедительным доказательством того, что работа квантового компьютера находится под полным контролем», — сказал Морелло. «В частности, мы можем получить доступ к чисто квантовому типу кода, который требует использования тонкой квантовой запутанности между двумя частицами».
В обычном компьютере, используя два бита, можно написать четыре возможных кодовых слова: 00, 01, 10 и 11. В квантовом компьютере вместо этого можно также записывать и использовать «суперпозиции» классических кодовых слов, например ( 01 + 10) или (00 + 11). Это требует создания квантовой запутанности между двумя частицами.«Эти коды совершенно законны в квантовом компьютере, но не существуют в классическом», — сказала научный сотрудник UNSW Стефани Симмонс, соавтор статьи. «Это, в некотором смысле, причина того, почему квантовые компьютеры могут быть намного более мощными: с тем же количеством битов они позволяют нам писать компьютерный код, содержащий гораздо больше слов, и мы можем использовать эти дополнительные слова для запуска другой алгоритм, который достигает результата за меньшее количество шагов ».
Морелло подчеркнул важность достижения прорыва с помощью кремниевого чипа: «Что меня завораживает в этом эксперименте, так это то, что этот, казалось бы, безобидный« квантовый компьютерный код »- (01 + 10) и (00 + 11) — озадачил, сбил с толку и приводили в ярость поколения физиков за последние 80 лет.«Теперь мы без всяких сомнений показали, что можем написать этот код внутри устройства, напоминающего кремниевые микрочипы на вашем ноутбуке или мобильном телефоне.
Это настоящий триумф электротехники», — добавил он.